ToF 信息淺談

1.1 ToF 基本信息

ToF是Time of flight的簡寫，直譯為飛行時間的意思。所謂飛行時間法3D成像，是通過給目標連續發送光脈衝，然後用感測器接收從物體返回的光，通過探測光脈衝的飛行（往返）時間來得到目標物距離。這種技術跟3D激光感測器原理基本類似，只不過3D激光感測器是逐點掃描，而ToF相機則是同時得到整幅圖像的深度信息。ToF相機與普通機器視覺成像過程也有類似之處，都是由光源、光學部件、感測器、控制電路以及處理電路等幾部單元組成。與同屬於非侵入式三維探測、適用領域非常類似的雙目測量系統相比，ToF相機具有根本不同3D成像機理。雙目立體測量通過左右立體像對匹配後，再經過三角測量法來進行立體探測，而ToF相機是通過入、反射光探測來獲取的目標距離獲取。

ToF的優勢：與立體相機或三角測量系統比，ToF相機體積小巧，跟一般相機大小相去無幾，非常適合於一些需要輕便、小體積相機的場合。ToF相機能夠實時快速的計算深度信息，達到幾十到幾百fps。ToF的深度信息。而雙目立體相機需要用到複雜的相關性演算法，處理速度較慢。ToF的深度計算不受物體表面灰度和特徵影響，可以非常準確的進行三維探測。而雙目立體相機則需要目標具有良好的特徵變化，否則會無法進行深度計算。ToF的深度計算精度不隨距離改變而變化，基本能穩定在cm級，這對於一些大範圍運動的應用場合非常有意義。

1.2 ToF之應用領域

ToF 相機主要應用領域包括：

<1> 物流行業：通過 ToF 相機迅速獲得包裹的拋重（即體積），來優化裝箱和進行運費評估；

<2> 安防和監控：進行 People counting 確定進入人數不超過上限；通過對人流或複雜交通系統的counting，實現對安防系統的統計分析設計；敏感地區的檢測對象監視；機器視覺：工業定位、工業引導和體積預估；替代工位上佔用大量空間的、基於紅外光進行安全生產控制的設備；

<3> 機器人：在自動駕駛領域提供更好的避障信息；機器人在安裝、質量控制、原料揀選應用上的引導；

<4>醫療和生物：足部矯形建模、病人活動/狀態監控、手術輔助、面部3D 識別；

<5>互動娛樂：動作姿勢探測、表情識別、娛樂廣告

1.3 ToF相機特點

<1>優點：

1.相對二維圖像，可通過距離信息獲取物體之間更加豐富的位置關係，即

區分前景與後景；

2.深度信息依舊可以完成對目標圖像的分割、標記、識別、跟蹤等傳統應用；

3.經過進一步深化處理，可以完成三維建模等應用；

4.能夠快速完成對目標的識別與追蹤；

5.主要配件成本相對低廉，包括CCD和普通 LED 等，對今後的普及化生產及使用有利；

6.藉助 CMOS 的特性，可獲取大量數據及信息，對複雜物體的姿態判斷極為有效；

7.無需掃描設備輔助工作

<2>缺點：

1.相對於普通數碼相機，其造價仍然偏高，影響該產品目前的普及使用率；

2.相機本身仍然受到硬體發展的限制，更新換代速度較快；

3.測量距離較常規測量儀器短，一般不超過 10 米；

4.測量結果受被測物性質的影響；

5.大多數機器的測量結果受外界環境干擾較為明顯，尤其是受外界光源干擾；

1.4 ToF單晶元方案

1. 瑞士ESPROS AG（EPC）提供ToF單晶元解決方案，目前量產的ToF晶元主要有：

epc600 ToF 單點測距晶元：

響應時間可小於 1ms；

環境光抑制能力最高可達130kLux；

內部集成環境光檢測能力 (「Luxmeter」)；

測量距離最遠可達15m（10MHz）。

epc611 3D ToF 8 x 8 面陣晶元：

SPI介面輸出距離數據；

高達 130KLux 的優良的環境光抑制能力；

測量範圍最遠可達240米；

2.65 x 2.65mm尺寸；CSP光學封裝。

epc635 160 x 60 3D ToF 面陣晶元：

全幀率 128 fps 3D ToF 數據測量、滾動幀率可達 512 fps；

集成溫度檢測、環境光檢測、信號幅度檢測等功能；

（Push-pull 、Open-drain）靈活的驅動方式；

光源可選用 LED、LD、VCSEL；

晶元尺寸：6.3 x 4.2mm，CSP44 封裝；

探測距離最遠可達240m 範圍。

epc660 320 x 240 3D ToF 面陣晶元：

全幀率 40 fps 3D ToF數據測量、滾動幀率可達 160 fps；

集成溫度檢測、環境光檢測、信號幅度檢測等功能；

（Push-pull 、Open-drain）靈活的驅動方式；

光源可選用 LED、LD、VCSEL；

晶元尺寸：9.7 x 8.7mm，CSP68 封裝；

探測距離最遠可達240m 範圍。

ESPROS AG(EPC) ToF 系列晶元，目前已全部量產，歡迎廣大客戶朋友垂詢，我們將為您推薦合適的解決方案。

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